PUPUK HAYATI (BIOFERTILIZERS) DAN PGPR (PLAN GROWTH PROMOTING RHIZOBACTERIA)Prof. Dr. Tualar Simaramata, Ir. MS Lab. Biologi dan Bioteknologi Fakultas Pertanian Unpad

DEFINITION ??? Biofertilizer is a substance which contains living microorganisms which, when applied to seed, plant surfaces, or soil, colonizes the rhizosphere or the interior of the plant and promotes growth by increasing the supply or availability of primary nutrients to the host plant(Vessey, 2003) (Vessey, J.K. 2003. Bio-Fertilizers are natural fertilizers which are microbial inoculants of bacteria, algae,fungi alone or in combination and they augment the availability of nutrients tothe plants. Biofertilizer is a material containing microorganism(s) added to a soil to directly or indirectly make certain essential elements available to plants for their nutrition. Biofertilizer is defined as inoculant containing active material of living microorganisms which functions to fix a particular nutrient and facilitate the availability of soil nutrients to plants The Gazette of India (2006) defines biofertilizer as a product containing carrier based (solid or liquid) living micro-organisms which are agriculturally useful in terms of nitrogenfixation, phosphorus solubilization or nutrient mobilization, so as to increasethe productivity of the soil and/or the crop. Biofertilizers are low cost, renewable sources of plant nutrients which supplement chemical fertilizers. The use of bio-fertilizers, in preference to chemical fertilizers, offers economic and ecological benefits by way of soil health and fertility to farmers

PUPUK ORGANIK DAN PUPUK HAYATI??? Organic fertilizer is defined as fertilizer containing a large part or all of the materials which is of plant and or animal origin through decomposition. Organic matter is used to supply organic fertilizer to improve chemical, physical as well as biological characteristics of the soil. The most important characteristicof organic fertilizer is indicated by its content of organic carbon, rather than its nutrient composition.PUPUK ORGANIK ADALAH NAMA KOLEKTIF UNTUK SEMUA JENIS BAHAN ORGANIK ASAL TANAMANDAN HEWAN YANG DAPAT DIROMBAK MENJADI HARA TERSEDIA BAGI TANAMAN PUPUK HAYATI ADALAH INOKULAN BERBAHAN AKTIF ORGANISME HIDUP YANG BERFUNGSI UNTUK MENAMBAT HARATERTENTU ATAU MEMFASILITASI TERSEDIANYA HARA DALAM TANAH BAGI TANAMAN. BIOFERTILISASI ADALAH PEMANFAATAN PUPUK HAYATI (BIOFERTILIZERS) UNTUK MENINGKATKAN KETERSEDIAAN HARA, MENINGKATKAN PRODUKTIVTAS TANAMAN DAN KESEHATAN TANAH (SOIL QUALITYAND SOILS HEALTH).

KEUNTUNGAN PENGGUNAAN BIOFERTILIZERS ??? Meningkatkan pertumbuhan dan hasil tanaman (hingga sekitar 25%) Mensubstitusi pupuk anorganik (Terutama N hingga 50 % dan P hingga sekitar 25%) Meningkatkan produksi dan mengurangi biaya pemupukan Pupuk anorganik semakin mahal dan berdampaknegatif terhadap lingkungan dan tanah (Pemborosan energi fosil dan Penurunan kualitas dan kesehatan tanah) Restorasi kesuburan tanah secara alami dan menekan patagen tanah Dapat diperbaharui (renewable) dan Relatif Murah Penerapkan pertanian Ramah lingkungan

PENYEBAB KEGAGALAN PENGGUNAAN PUPUK HAYATI Populasi mikroba dalam inokulan kurang dari standar Inokulan tidak mampu berkompetisi dengan mikroba indigenous Inokulan sudah tidak effektif Populasi rendah dan viabiltas rendah Banyak kontaminan Penyimpanan dan kemasan tidak baik Kondisi lingkungan tidak sesuai dengan inokulan pH masam dan alkalinitas/Salinitas Bahan organik sangat rendah

PERKEMBANGAN PUPUK HAYATISEJARAH : Secara Tradisinil sudah dkenal sejak > 5000 thn yg lalu (Mesir, China)Rhizobia - Pupuk hayati Rizobia di dunia yg dikenal & dimanfaatkan utk menginokulasi Kacang-kacangan (Riegel & Wilfarth, 1908; Jerman) - dikomersialkan & dipatenkan dgn nama nitragin di AS (Nobbe & Hiltner, Jerman)Azotobacter : - diformulasikan berbentuk inokulan & disebut Azotobacterin. - thn1930-an & 1940-an bjuta2 lhn di Uni Sovyet diinokulasi dgn bakteri iniFosfobacterin : di Eropa Timur & mkandung Bacillus megateriumMikorhiza : Penggunaan sbg ppk hayati sejak Moose 1957 (hara P) Di Indonesia :Pbuatan inokulan rhizobia dlm btk biakan murni pd medium agar, hanya ut penelitian(Plantkundinge Institute & Lab. Treub Bogor, 1938) Ut komersial (Lab. Mikrobiologi UGM, 1981) ut petani transmigran dlm btk inokulan bintil akar ut minokulasi kedelai dlm skala besar.

MEKANISME KERJA PUPUK HAYATI (HOW BIOFERTILIZERS WORK?)1.2.3. 4. 5. 6.Biofertilizers fix atmospheric nitrogen in the soil and root nodules of legume crops and make it available to the plant. They solubilize the insoluble forms ofphosphates like tricalcium, iron, and aluminium phosphates into available forms.They scavenge phosphate from soil layers. They produce hormones and anti metabolites which promote root growth. They decompose organic matter and help in mineralization in soil. When applied to seed or soil, biofertilizers increase the availability of nutrients and improve the yields by 10 to 25% without adversely affecting the soil and environment.

KELOMPOK PUPUK HAYATI PENAMBAT N (NITROGEN FIXERS BIOFERTILIZERS) Symbiotik Rhizobium sp, Bradyrhizobiu sp. Anabaena azolla (Azolla) (Cyanobacteria) Nonsimbiotik Azotobacter, Azospirillum, dst MIKROBA PELARUT FOSFAT (PHOSPHATE SOLUBILIZING MICROBES) Bacteria Pelarut Fosfat (BPF) = Phospahate solubilizing bacteria (PSB) : Bacillus sp,Pseudomonas sp Fungi Pelarut Fosfat (FPF) : Aspergillus PHOSPHATE MOBILIZING BIOFERTILIZER: Cendawan/Fungi Mikoriza (CMA, FMA) PLANT GROWTH PROMOTING RHIZOBACTERIA (PGPR) = BAKTERI AKAR PEMACU TUMBUH

PUPUK HAYATI PENAMBAT N (BIOLOGICAL NITROGEN FIXATION) Atmofir merupakan sumber utama N2 (78%) , dapat tersedia dengan bantuan bakteripenambat N (NITROGEN FIXERS) Penambatan nitrogen secara biologis merupakan poinkunci masuknya molekul nitrogen kedalam siklus biogeokimia nitrogen

KEMAMPUAN FIKSASI Jenis dan Strain, Tanaman Inang (umur dan Kecocokan) Lingkungan Tumbuh (pH, Kelembaban, Temperatur) Ketersediaan Sumber Energi dan Nutrisi.

PENAMBATAN N DAN DAUR NGBR. MASUKNYA N KEDALAM EKOISISTEM TANAH

FIKSASI NITROGEN SECARA BIOLOGIS Fiksasi nitrogen secara biologis (Biological Nitrogen Fixation/BNF) mengubah gasnitrogen diubah menjadi amonia oleh bakteri dengan bantuan enzim nitrogenase. Reaksi dari BNF adalah : N2 + 8 H+ + 8 e + 16 ATP 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi

PERSAYARATAN DAN MEKANISME FIKSASI NITROGENAdanya enzim nitrogense;Ketersediaan sumber energi (carbon)Adanya sistem perlindungan enzim nitrogenase dari inaktivasi oleh oksigen; danPemindahan yang cepat nitrogen hasil tambatan dari tempat penambatan nitrogen untuk mencegah terhambatanya enzim nitrogenase Very energetically expensive Needs: Large supply of energy Nitrogenase enzyme Anoxic site Legumes, CyanobacteriaMEKANISME BIOKIMIA DARI PROSES FIKSASI N2Enzim nitrogenase

Untuk memproduksi 2 NH3 dan H2 dibutuhkan setara 8 pereduksi. Untuk transfer dari setiap elektron ke inti Mo-Fe memerlukan satu siklus dissosiasi ikatan oleh sub unit reduktase, dengan hidrolisis 2 molekul ATP setiap siklus. Secara keseluruhan proses reduksi molekul N2 memerlukan hidrolisis 16 molekul ATP, dan 8 siklusdissosiasi reductase dari nitrogenaseN 2

8H

8e

energy

2NH 3

H 2

BEBERAPA REAKSI YANG DIKATALISIS ENZIM NITROGENASEN2 = N=N (79%)

ENZIM NITROGENASE Terdiri dua komponen The Fe protein The MoFe protein Tidak dapat aktif sebagai katalis dengan sendirinya

PERANAN FERREDOXIN DAN FE-MO DALAM ENZIM NITROGENASE Ferredoxin mereduksi Fe protein Mengikat dan menghidrolisis ATP pada Fe proteinmenyebabkan perubahan protein Fe yang memberikan fasilitas terjadinya reaksi Feprotein mereduksi MoFe protein, dan MoFe protein mereduksi N2

PROSES PEMBENTUKAN NODULA

Gambar 3. (Kanan) Akar dengan nodula dibentuk oleh bakteri (Rhizobium). (Kiri) Nodula Akar berkembang sebagai hasil dari simbiosis antara bakteri Rhizobium dengan rambut akar pada tanaman. (A) Bakteria mengenal rambut akar dan mulai membelah, (B) Masuknya rhizobia ke akar melalui infeksi sehingga bakteria masuk ke dalam sel akar (C) membelah/membagi menjadi bentuk nodula

METODA UNTUK MEMPRODUKSI DAN MENGGUNAKAN PUPUK HAYATI

TEKNIK KULTUR RHIZOBIUM1. Indentifikasi Lokasi 1. ISOLASI STRAINS RHIZOBIA 2. ISOLASI DARI NODULA SEGARMengumpulkan dan menyiapkan nodula akar di lapangan 2. Indentifikasi tanaman inang 3. Identifikasi TanahAkar legum segar dari lapangan dibersihkan dengan air untuk membuang semua tanahdan partikel organik. akar yang terinfeksi nodula dipotong hingga 2-3 mm setiapbagian dari nodula, utuh dan tidak rusak. Celupkan selama 10 detik ke dalam etanol 95% atau isopropanol dipindahkan ke larutan sodium hypoklorit 2.5 3% (v/v) atau clorox 1 : 1 (v/v) dan rendam selama 4-5 menit. Nodula dihancurkan dalam pipa steril dengan tangkai gelas steril (+)kan air & piring berisi lapisan pada permukaan YMA (Yeast Manitol Agar) berisi congo red. Cawan petri yang berisi inokulan diinkubasi pada suhu 25-28 0C selama 3 -10 hari, bergantung pada strain dan penampakan koloni yang spesifik. Koloni rhizobia adalah mucoid, bundar/bulat danmenunjukkan sedikit atau tidak ada absorpsi congo red. Isolat dari koloni rhizobia tunggal kemudian dimurnikan dan disebut sebagai Rhizobium

Produksi massal inokulan

Anabaena azollae Bersimbiosis dg paku air Azolla pinnata Anabaena menempati pori ventral dlm lobus dorsal daun Azolla. Sbg pupuk hijau untuk budidaya padi krn tumbuhnya cepat, menghasilkan 200-300 t ha/tahun. Lingkungan : media air, pH 7-8, mengandung P dg4-8 kg P2O5/ha.

Inokulan Anabaena azollae Tumbuhkan 0,1 0,4 kg/m3 pada media (air 5-10 cm) + superfosfat 4-8 kg P2O5/halama 2-3 minggu. Aplikasikan di sawah10-20 t/ha dg cara dibenamkan. Tanam padi umur 7 hari. Azolla dpt dibudidayakan bersamaan tnm padi. Setelah terbentuk lapisan Anabaena, dibajak untuk dibenamkan. Proses pembajakan bisa berulang-ulang Manfaat : sumber N pada tanah tergenang (anaerob) 10 t/ha Azolla setara 25-30kg N/ha

PERMASALAHAN FOSFATMasalah Utama Pemupukan P (Fosfat) Proses pengikatan (Fiksasi P) oleh tanah- Efisiensi rendah (10-30%); dimanfaatkan oleh tanaman - Tetap berada dalam tanah (70-90 %) Pada tanah masam : Fiksasi P dilakukan aluminium (Al) & besi (Fe) (pH rendah) terbtk ikatan Al-P & Fe-P Pada tanah basa : Fiksasi P dilakukan oleh kalsium (Ca) & terbtk (pH tinggi) ikatan Ca-PMIKROBA PELARUT FOSFAT

PUPUK HAYATI PELARUT FOSFAT (Phosphate Biofertilizers) Lahan di Indonesia : Tanah masam dan P terfiksasi (AlP atau Fe P), pada tanah basadifiksasi oleh Kalsium (Ca-P) sehingga sukar larut dan tidak tersedia bagi tanaman). MIKROBA PELARUT FOSFAT : Mampu mengubah fosfat sukar larut menjadi larut diperlukan bantuan Golongan bakteri (Pseudomonas, Bacillus, Escherichia, Brevibacterium, dan Serratia) Golongan cendawan atau Fungi Aspergillus (fungi saprofit berkonidia) Penicillium (fungi saprofit aerob) Trichoderma (selulotik dan agen hayati). Saccharomyces) (fungi bersel tunggal dengan diameter 5-10 um)

MIKROBA PELARUT FOSFAT

MEKANISME PELARUTAN FOSFAT Mekanisme pelarutan P dari bahan yang sukar larut terkait erat dengan aktivitasmikroba bersangkutan dalam menghasilkan enzim fosfatase dan fitase dan asam-asamorganik hasil metabolisme seperti asetat, propionat, glikolat, fumarat, oksalat, suksinat, dan tartrat (Banik and Dey 1982), sitrat, laktat, dan ketoglutarat (lllmer and Schinner 1992). Kemampuan cendawan melarutkan P lebih besar dibandingbakteri. Cendawan dapat melarutkan P hingga dua kali dibandingkan kontrol padapH 4,6-2,9, dan bakteri sekitar 1,5 kali pada pH 6,5-5,1

METODA INOKULASI BPF

1.2.inokulasi PSB harus berada pada akar yang berasosiasi dengan habitat tanahnya. Karenanya, direkomendasikan bahwa inokulasi PSB dipilih dari populasi PGPR yang ada untuk mengambil keuntungan dari kemampuannya untuk berkolonisais pada lingkungan mikro rhizosfer kemampuan inokulasi PSB untuk menyediakan P bagi tanaman bisa jadi terbatas, salah satunya akibat senyawa yang dilepaskan oleh PSB untuk melarutkan fosfat secara cepat menurun atau karena phosfat terlarut diikat kembalisebelum fosfat itu mencapai permukaan akar.

MIKORIZA ? Mikoriza adalah asosiasi mutualistik antara cendawan tanah (jamur) dengan perakaran tumbuhan (Mycorrhizas are highly evolved, mutualistic associations between soil fungi and plant roots). ENDOMIKRIZA EKTOMIKORIZA EKTENDO-MIKORIZAMikoriza30

Simbiosis antara Mikorhiza & Sistem Perakaran TanamanPotensi biologis CMA :Perbaikan nutrisi tanaman (meningkatkan penyerapan berbagai unsur hara) Sebagaipelindung hayati terhadap patogen tular tanah Meningkatkan resistensi tanaman terhadap kekeringan Sinergis dengan mikroorganisme lain yang menguntungkan

PENINGKATAN KEMAMPUAN TANAMAN BERMIKORIZA DALAM MENYERAP HARA, AIR DAN MEMANFAATKAN FAKTOR TUMBUH LAINNYA DALAM TANAHMikoriza33

KONTRIBUSI MIKORIZA BAGI TANAMAN Meningkatkan zona eksploitasi perakaran hingga 10 kali sehingga suplai hara bagitanaman meningkat dengan signifikan Memperluas bidang kontak perakaran dan meningkatkan kemampuan menyerap hara dan air di dalam tanah dengan signifikan Meningkatkan kelarutan dan ketersediaan hara, khususnya hara yang tidak atau sukar larut dalam tanah (P) sehingga tersedia bagi tanaman. Akar bermikoriza pada lahan masam mampu mensuplai hara tanaman dengan baik sehingga pertumbuhan tanaman lebihbaik Kolonisasi mikoriza (CMA atau Ektomikoriza) pada akar berperan sebagai penghalang biologi terhadap infeksi patogen akar (jamur dan nematoda)Mikoriza34

Pertumbuhan Tanaman jagung yang dipengaruhi MPF dan MVAkontrolBPFJPFMPF +MVA28 HSTSumber : Fitriatin dkk., 2007

Meningkatkan ketahanan tanaman terhadap kekeringan dan kelembaban yang ekstrim (cekaman air). Hifa mikoriza mampu menembus pori mikro dan menggambil air walaupun dalam jumlah yang relatif sedikit Meningkatkan produksi phytohormon dan zat pengatur tumbuh lainnya seperti auxin, sitokinin dan giberelin di rhizosfir. Mikoriza dapat merubah arsitektur perakaran sehingga lebih efisien dalam memanfaatkanberbagai faktor tumbuh Jaringan hifa pada perakaran meningkatkan ketahanan tanaman dan adaptasi terhadap perubahan lingkungan tumbuh sehingga tanaman tumbuh lebih baik Meningkatkan toleransi tanaman terhadap senyawa atau unsur logam beratdalam tanah Berperan dalam transformasi unsur hara (proses biogeokemia) dalam tanah, yaitu melalui proses mineralisasi maupun dekomposisi berbagai senyawa organik.Mikoriza36

MIKORIZA DAN KUALITAS TANAH/KESEHATAN TANAH Perbaikan Struktur Tanah. Jaringan hifa eksternal dari mikoriza memperbaiki dan memantapkan struktur tanah. Sekresisenyawa-senyawa polisakarida, asam organik dan lendir yang dihasilkan mampu mengikat butir-butir primer menjadi agregat mikro. "Organic binding agent" (pembentukan agregat tanah) dan selanjutnya agregat mikro tersebut melalui proses "mechanical binding action" oleh hipa eksternal akan membentuk agregat makro yang mantap Jaringan hifa berperan penting dalam daur hara dalam tanah dan mencegah terjadinya kehilangan hara dari ekosistem tanah Hifa mikoriza berperan penting dalam mentransfer (relokasi) senyawa hidrokarbon (fotosintat) dari perakaran tanaman kepada organisme tanah (sumber energi dalam rantai makanan dalam tanah)Mikoriza 37

Agregasi oleh CMATanpa CMAMikoriza38

Sprocarps epigeous dan hypogeous sporocarps dari ektomikoriza dan CMAmerupakan sumber makanan bagi hewan placental danmarsupial. Hifa mikoriza dan tubuh buah (fruits bodies dari ektomikoriza) merupakan sumber makanan bagi berbagai macam fauna tanah Mikoriza memberikan pengaruh yang positif terhadap perkembangan dan pertumbuhan mikroba tanah yang menguntungkan (penambat N dan pelarut fosfat). Mikorisa juga diketahui berinteraksi sinergis dengan bakteri pelarut fosfat atau bakteri pengikat N Mikoriza berperan penting dalam meningkatkan jumlah karbon yang sangat menentukan kualitas dan kesehatan tanah Serapan Air dan Hara. Jaringan hipa ekternal dari mikoriza akan memperluas bidang serapan air dan hara. Disampingitu ukuran hipa yang lebih halus dari bulu-bulu akar memungkinkan hipa bisa menyusup ke pori-pori tanah yang paling kecil (mikro) sehingga hipa bisa menyerap air pada kondisi kadar air tanah yang sangat rendah. Keaneka ragaman jamur dapat digunakan sebagai indikator kualitas ekosistem tanah Agen hayati terhadap Patogendan Unsur ToksisMikoriza 39

MEKANISME PERLINDUNGAN BIOLOGIS (BIOPROTECTION) Selaput hipa (mantel) dapat berfungsi sebagai barier masuknya patogen. Mikorizamenggunakan hampir semua kelebihan karbohidrat dan eksudat lainnya, sehingga tercipta lingkungan yang tidak cocok untuk patogen. Cendawan mikoriza dapat mengeluarkan antibiotik yang dapat mematikan/menekan patogen (jamur dan nematoda).Akar tanaman yang sudah diinfeksi cendawan mikoriza, tidak dapatdiinfeksi oleh cendawan patogen yang menunjukkan adanya kompetisiMikoriza40

EKTOMIKORIZA (ECTOMYCORRHIZAS = ECM) Asosiasi cendawan dari Basiodiomycetes dan jamur lainnya yang membentuk akar lateral membengkak dan diselimuti oleh jaringan hifa seperti mantel pada akar lateral (hartig net). Jaringan hifa tidak sampai masuk kedalam sel tapi berkembang diantara sel kortek akar. Sangat banyak dijumpai pada tanaman-tanaman kehutanan (Angiospermae dan Gymonspermae). Tubuh buah (sporocarps) ECM banyak yang dapat dikomsumsi (edible) Tanaman Inang (Sangat Banyak) Dipterocarpaceae (Meranti ) Pinaceae (Pinus) Myrtaceae (Eucalyptus) Gnetaceae (netum) Papilionaceae Euphobiaceae CasuarianaceaMikoriza 41

ACD BGambar Hartig Net (A), Irisan Melintang ECM (B), akar pendek (short roots) yangmembengkak beserta hifa eksternal E. Globulus (C) dan mikoriza bercabang dikotompada akar pendek (D)Mikoriza 42

INOKULAN MIKORIZA :Spora CMAPropagul CMA (spora, hifa, akar yang terinfeksi CMA)infeksi CMA (Inokulan segar CMA)TEKNIK APLIKASI ?? INOKULASI BENIH (SEED INOCULATION), PERSEMAIAN LAPANGAN Inokulan Murni Inokulan alami (tanah bermikoriza)

Hifa dan akar ter

STRATEGI MENINGKATKAN KEEFEKTIPAN CMA Inokulan: Jenis, Asal dan Campuran TanamanInang: Kecocokan dan Sistem perakaran Pengujian Biologis (Bioassay) Teknik Aplikasi: Benih, Persemaian, Lapangan Rekayasa Lingkungan TumbuhMikoriza44

PLANT GROWTHPROMOTING RHIZOBACTERIA=PGPR Sejumlah bakteri penyedia hara yang hidup pada rhizosfir akar (rhizobakteri) disebut sebagai rhizobakteri pemacu tumbuh tanaman (plant growthpromoting rhizobacteria=PGPR). Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) pertama kali diteliti oleh Kloepper dan Scroth (1982) untuk menggambarkan bakteri tanah yang mendiami daerah perakaran tanaman yang dinokulasikan ke dalam benih dan ternyata meningkatkan pertumbuhan tanaman. PGPR berperan Ganda. (1) menambat N2, juga; (2 menghasilkan hormon tumbuh (seperti IAA, giberelin, sitokinin, etilen, dan lain-lain); (3) menekan penyakit tanaman asal tanah dengan memproduksi siderofor glukanase, kitinase, sianida; dan 4) melarutkan P dan hara lainnya (Cattelan et al., 1999; Glick et al., 1995; Kloepper, 1993; Kloepper et al., 1991)

PENGELOMPOKAN PGPR1) PGPR yang terlibat dalam siklus nutrisi/unsur hara dan phytostimulasi, 2) PGPR yang terlibat dalam biokontrol dari patogen tanaman (Bashan dan Holguin, 1998). Proses dalam PGPR melibatkan siklus nutrisi/unsur hara termsuk hubungannya dengan fiksasi nitrogen non simbiotik dan perannya untuk meningkatkan ketersediaanfosfat dan nutrisi/unsur hara lainnya di dalam tanah.Banyak bakteria diazotroph asimbiotik telah banyak diketahui dan dicoba sebagaibiofertilizer Kennedy et al.,2004).

MEKANISME AKSI DARI PGPRTidak langsung yaitu meningkatkan pertumbuhan tanaman akibat tertekannya patogentanah (Soil born diseases). Langsung. Mekanisme langsung dari plant growth promotion oleh PGPR dapat diperlihatkan dalam ketidakhadiran patogen tanaman. Atau mikroorganisme rhizosfer lainnya, PGPR meningkatkan pertumbuhan tanaman melalui bermacam-macam mekanisme , diantaranya fiksasi nitrogen bebas , produksi siderophore yang meng-khelat besi (Fe) dan membuatnya tersedia bagi akar tanaman, melarutkan mineral seperti fosfor dan sintesis phytohormon Peningkatan penyerapan harakarena keberadaan PGPR Manghasilkan atau mensintesis Fitohormon: auksin dan cytokinin atau berperan dalam dalam sintesis etylen tanaman telah diidentifikasi

MIKROBA PENGHASIL FITOHORMON PRODUKSI FITOHORMON Bentuk dan fungsi tanaman tergantung pada komunikasi antar sel yang dimediasi oleh senyawa kimia yang disebut fitohormon. Di dalam sel, fitohormon berinteraksi dengan protein khusus yang disebut reseptor. Kompleks fitohormon-reseptor ini adalah bentuk fitohormon yang aktif dan efektif dalam jumlah yang sangat kecil, yaitu antara 10-6 sampai 10-8 M. BEBERAPA SPESIES BAKTERI RIZOSFER (di sekitar perakaran) yang mampu meningkatkan pertumbuhan tanaman sering disebut Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) atau Rhizobakteria Pemacu Pertumbuhan Tanaman (RPPT). RPPT terdiri atas genus Rhizobium, Azotobacter, Azospirillum, Bacillus, Arthrobacter, Bacterium, Mycobacterium, dan Pseudomonas

Azotobacter Kemampuan Azotobacter dalam memproduksi fitohormon sitokinin dan auksin dilaporkan pertama kali oleh Vancura dan Macura pada tahun 1960 (Vancura 1988). Sejumlah isolat Azotobacter yang dikulturkan pada suhu kamar maupun 30 0C selama 60 jam mengekskresikan fitohormon sitokinin, atau giberelin ke dalam mediapertumbuhan bebas N. Azospirillum Menurut Okon dan Labandera Gonzalez (1994), Azospirillum dapat memproduksi auksin, sitokinin dan giberellin. Strain Azospirillum Az15 dan Az44 memiliki kemampuan yang tinggi dalam memproduksi AIA, masing-masing sebesar 57,93 g/ml pada umur 12 hari dan 40,42 g/ml pada umur 7 hari. BakteriRhizobium yang terseleksi mampu menstimulasi pertumbuhan, baik pada tanaman Leguminoceae (tanaman kacang-kacangan) maupun yang bukan Legumonoceae pada skala lapangan. Bakteri tersebut terbukti mampu memproduksi fitohormon yaitu sitokinin dan auksin (Hoflich dalam Aryanta, 2009). Streptomyces griseoviridis juga mampu memprodukasi auksin yaitu IAA (indol-3-acetic acid) secara in vitro. Metabolit ini dapat berperan sebagai stimulator pertumbuhan tanaman, tetapi pada skala lapangan produksi IAA ini perlu dikaji lebih lanjut Pseudomonas fluorescens mampu merangsang pertumbuhan akar jagung pada kondisi hidroponik dengan menghasilkan IAA.

PAPER : TUGAS KELOMPOK1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Penambat N Symbiotik Rhizobium Penambat N sysmbiotik Anabaena azollae (BGA) Penambat N nonsimbiotik Bakteri Pelarut P Fungi Pelarut Fosfat PGPR (Plan growth promoting rhizobacteria) Endo - Mikoriza (FMA) Ekto Mikoriza SISTIMATIKA PENDAHULUAN (PENGERTIAN/DEFINISI, PENGELOMPOKAN DAN JENISNYA, DST. YANG RELEVAN PERANAN DALAM PERTANIAN ATAU EKOSISTEM TEKNIK PRODUKSI INOKULAN KESIMPULAN

TUGAS INDIVIDU1. 2. Uraikan dengan singkat perkembangan pupuk hayati (biofertilizers) Dalam era globalisasi dan pertanian ramah lingkungan penggunaan pupuk hayati semakin penting. (Sebutkan dan jelaskan keuntungan penggunaan pupuk hayati dan peneybab kegagalan penggunaan pupuk hayati 3. Terangkan dengan singkat apakah yang dimasud dengan pupuk hayati dan sebutkan kelompok mikroba yang dapat digolngkan kedalam pupuk hayati 4. Nitrogen merupakan hara esensil utama dan terdapat sekitar 78% diudara dalam bentuk gas (N2). 1. Sebutkan dan jelaskan mikroba kelompok mikrobayang mampu mengikat N2 tersebut dan berikan contohnya dan kontribusinya 2. Uraikan dengan Enzim apa yang berperan dalam proses tersebut 5. Uraikan dengan singkat klasifikasi bakteri penambat N . 6. Tanah tanah di Indonesia umumnya termasuktanah masam (pH rendah) sehingga P tanah sering tidak tersedia (terfiksasi). Uraikan dengan singkat bagaimana pupuk hayati mampu meningkatkan ketersediaan P tersebut (Sebutkan dan jellaskan mikroba apa yang dapat digunakan) 7. Uraikan dengan singkat tentang mikroba pelarut fosfat (Definis, kelompok dan contohnya, mekanisme dan enzim yang terlibat, kontribusinya dalam meningkatkan hasil) 8. Apakahyang saudara ketahui tentang mikoriza dan apa peranannya dalam mendukung pertumbuhan tanaman, meningkatkan kualitas dan kesehatan tanah 9. Uraikan dengan singkat penggolangan mikoriza dan sebutkan jenis yang banyak digunakan sebagi inokulan. 10. Uraikan dengan singkatkan tentang PGPR (Definisi, Mekanisme kerja , Kelompok mikroba, peranannya dalam dalam ekosistem tanah dan tanaman, dan sebutkan jenis mikroba penghasil fitohormon????)

BIOTRANSFORMASI UNSUR N, P DAN SStaff Pengajar Mikrobiologi dan Bioteknologi Pertanian II Program Studi Agroteknologi Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran 2010

BIOTRANSFORMASI P

BIOTRANSFORMASI P1. P terlarut dalam bentuk H2PO4PO43- (ortofosfat); HPO42;2. P organik yang merupakan hasil pelapukan bahan organik dan m.o. tnh (Inositolfosfat, fosfolipid, asam nukleat, glukosa 1-fosfat, gliserofosfat, dan fosfoprotein 3. P anorganik yang terikat dengan Ca, Fe, Al dan unsur mikro lainnya, logam fosfat yang tidak larut

BIOTRANSFORMASI PSumber P dalam tanah : hasil dekomposisi b.o. tnm mikoorganisme batuan fosfatBentuk P terlarut dlm tanah, berbeda tergantung pada pH tanah : Pada pH 5 - 6H2PO4 Pada pH 6 - 7 HPO42 Pada pH > 7PO43

BIOTRANSFORMASI PP Fixation in SoilInsoluble Al PhosphatesMinimum Fixation = Maximum AvailabilityInsoluble Ca PhosphatesSoil pH is a critical factor3456789Soil pH

BIOTRANSFORMASI P diikat oleh ion-ion Al3+ atau Fe3+ yang larut dalam air Al3+ + H2PO4- + H2O Al(OH)2 H2PO4 + 2H+Ion terlarut mudah larut sukar larut pengikatan oleh hidroksida Al atau FeAl OH OH + H2PO4OH Al OHOH + OHH2PO4

BIOTRANSFORMASI P Pengikatan oleh mineral liat tanah (Al)---+ H2PO4- + 2H2O 2H+ + Al(OH)2 H2PO4Dalam kristal mudah larut Mineral liat Sukar larut

BIOTRANSFORMASI P Ketersediaan P anorganik tanah ditentukan oleh faktor-faktor :1. 2. 3. 4. pH tanah Fe, Al, Ca, Mn, yang larut Tingkat dekomposisi bahan organik Kegiatan mikroorganisme

BIOTRANSFORMASI P1. Mineralisasi senyawa P organik2. Mengubah kelarutan senyawa P anorganik 3. Oksidasi atau reduksi senyawa P anorganik 4. Immobilisasi P

BIOTRANSFORMASI P1. MINERALISASI P-ORGANIK P organik P anorganikm.o. (enzim : fosfatase)- Mikroorganisme yang berperan : Bakteri, Fungi,Aktinomisetes (Aspergillus, Penicillium, Arthrobacter, Streptomyces, Pseudomonas, Bacillus, Flavobacterium)

BIOTRANSFORMASI PO ROHPOH + H2O Fosfatase OHO ROH + HOPOH OH

BIOTRANSFORMASI P2.KELARUTAN P-ANORGANIKtersedia(Ca, Fe, Al) fosfat : tidak untuk tanaman - sukar larut- Mekanisme mikroorganisme dalam melarutkan P tanah yang terikat, karena asam-asam organik yang dihasilkan akan bereaksi dengan AlPO4, dan FePO4, dari reaksi tersebut terbentuk khelat organik dengan Al dan Fe

BIOTRANSFORMASI POHOH AlOH + asam organik H2PO4AlOH+ H2PO4asam organik Mikroorganisme yang berperan dalam proses pelarutan fosfor ini antara lain : dari kelompok bakteri : Pseudomonas, Bacillus, Mycobacterium, Micrococcus disebut phosphobacteria dari kelompok fungi : Penicillium, Aspergillus, Fusarium, Sclerotium.

BIOTRANSFORMASI P- as. Organik tsb adalah :asam : Format, Asetat, propionat, laktat, glikolat, fumarat, suksinat, sitrat, tartat,ketobutirat.- asam anorganik yangit, sulfat. - P dalamah berupa Ca3(PO4)2 ,u oleh asam organik :

dapat berperan dalam pelarutan P adalah : as. Nitrat, nitrtanah dalam bentuk anorganik yang relatif tidak larut adalgaram ini dapat dilarutkan oleh as. nitrat, as. Sulfat ataas. Oksalat, fumarat, asetat

BIOTRANSFORMASI PPseudomonas pseudoalcaligen esBacillus subtilis

BIOTRANSFORMASI PAspergillus niger

BIOTRANSFORMASI PMekanisme Mineralisasi dan Pelarutan PROPOHO HOH2OFosfataseRO H HOPOHO HO HAl3+O HO HH2PO4Asam organik Al3+O HO HH2PO4-

BIOTRANSFORMASI P3. OKSIDASI REDUKSI PA. Oksidasi : HPO32HPO42(fosfat)(fosfit)- yang berperan : m.o. heterotrof : menggunakanfosfit sebagai sumber PB. Reduksi :2H 2HH3PO4H3PO3H3PO2

BIOTRANSFORMASI Pm.o. yang berperan : anaerob, fakultatiffosfat berfungsi sbg : aseptor elektronReduksi P dihambat oleh : Nitrat dan Sulfat , karena N & S akan lebih dulu digunakan sebagai aseptor elektronm.o. : Clostridium, E. coli

BIOTRANSFORMASI P4.IMMOBOLISASI Pseny. Kompleks P- Transformasi P-anorganik dalam sel Kandungan P dalam fungi : 0.5 - 1 % berat kering dalam Bakteri : 1 3 %

BIOTRANSFORMASI PSumber : Fitriatin dkk., 2006

BIOTRANSFORMASI N Nitrogenuntuk produksi asam amino, protein, dan asam nukleat. Proses-proses utama yang terjadi dalam transformasi N: - Fiksasi nitrogen - Nitrifikasi - Denitrifikasi N diserap tnmNO3 -/ NH4+ Dlm tanah N tersedia dalam bentuk organik sehingga harus diubah ke bentuk Amonium (Amonifikasi) kemudian ke bentuk nitrat (Nitrifikasi)

BIOTRANSFORMASI N

BIOTRANSFORMASI N Adalah proses pembentukkan NH3 (amonia) dari seny. Organik (asam amino)Senyawa organik amoniumBacillus, Clostridium, Pseudomonas

BIOTRANSFORMASI N Proses pembentukkan nitrat dari NH3 Nitrifikasi terjadi melalui dua tahap :1. Oksidasi amonia menjadi nitrit oleh : Nitrosomonas, Nitrosococcus 2NH3 + 3O22 HNO3 + 2 H2O H+ + NO2Amonia as. Nitrous ionisasi ion nitrit2. Oksidasi nitrit menjadi nitrat oleh : Nitrobacter, Nitrococcus danNitrospinaNO2- + O2Ion nitrit

NO3ion nitrat

BIOTRANSFORMASI NBakteri Nitrifikasi NH4+ -----> NO2- -----> NO3NitrosomonasNitrosomonasNitrobacterNItrobacter

BIOTRANSFORMASI N N2nitrogenaseammonia N2 + 6H+ + 6e- + 12 ATP 2 NH3 + 12 ADP + 12 Pi

BIOTRANSFORMASI NFree living (non simbiotik) :Azotobacter sp., Azospirillum sp., Acetobacter diazotrophicusSimbiotik : Leguminose dan Rhizobia Frankia dan Aktinomisetes Azolla dan Cyanobacterium (Blue Green Algae)

BIOTRANSFORMASI NDari hubungan interaksi iniFotosintat

NH3 Tanaman Rhizobia

BIOTRANSFORMASI NBlue green algae (pemfiksasi N) simbion pada tanaman Azolla (Anabaena azollae)

BIOTRANSFORMASI N Proses reduksi NO3 (nitrat) menjadi N2 2NO3 2NO22NON2ON2 Dapat terjadi secara: - Biologis : oleh bakteri Bacillus, Pseudomonas, Achromobacter, Micrococcus.- Kimia: akibat adanya penambahan garam amoniumCO2 + 3H2O + N22HNo2 + CO(NH2)2

BIOTRANSFORMASI S

BIOTRANSFORMASI S

BIOTRANSFORMASI S1 Mineral Tanah: a. berasal dari residu tanaman, limbah hewan pupuk kimia, dan hujan b. banyak pada tanah dengan curah hujan rendah (CaSO4. MgSO4. Na2SO4) c. lapisan bawah tanah dan tanah rawa (FeS, FeS2 (pyrit), H2S) d sulfida besi, sulfida tembaga, sulfat, elemen S. 2 Belerang dalam atmosfir (dalam bentuk SO, SO2) a.bentuk ini dapat langsung diserap tanah b. terdistribusi melalui aliran air hujan 3 Belerang yang terikat secara organik (ikatan C-O-S), misalnya chlorin sulfat

BIOTRANSFORMASI S1. Mineralisasi S organik menjadi asam amino danikatan S-H2. Immobilisasi/Asimilasi3. Oksidasi sulfur4. Reduksi sulfat

BIOTRANSFORMASI S Mineralisasi merupakan kelanjutan dari proses dekomposisi molekul besar menjadiunit yang lebih kecil menjadi senyawa inorganik Tanaman menggunakan sulfur dalambentuk sulfat untuk membentuk asam amino yang merupakan komponen penting dari beberapa protein, ketika tanaman mati, mikroorganisme tanah mendegradasi proteinmenghasilkan asam amino. Enzim yang berperan dinamakan desulfurase. Bahan baku sulfur yang dimineralisasi dalam bentuk sistein, metionin, taurin, vitamin B, biotin, asam lipoit, tiosulfat, dan tiosianat sehingga menghasilkan bentuk SO3 danSO4 yang dapat diserap oleh tanaman.

BIOTRANSFORMASI Sa. Adanya oksigen (O2) dan keadaan aerob: reaksi lebih cepat. b. Temperatur : mesofil c. Kelembapan : relatif rendah dan tidak tergenang d. pH : netral, jika dalam keadaan asam pelepasan sulfat lambat e. Adanya asam amino: mineralisasi lebih cepatJenis mikroba yang berperan : Penicillium, Aspergillus, Mikrosporus

BIOTRANSFORMASI S Senyawa sederhana S diimobilisasi ke dalam sel mikroba (bakteri, fungi, aktinomiset) sebanyak 0.11% berat kering. Jika kandungan S pada bahan organik rendah, maka akan dimobilisasi untuk kebutuhan mo. Rasio C : S yang baik untuk terjadinyaimobilisasi biasanya berkisar antara 200:1 sampai 400:1.

BIOTRANSFORMASI S Sulfida elemen S, tiosulfat dioksidasi menjadi sulfat inorganik. Sulfur dalam bentuk elemental tidak dapat digunakan oleh tanaman atau hewan, tetapi beberapa mo(bakteri dan fungi) dapat mengoksidasinya menjadi sulfat (SO42-)

BIOTRANSFORMASI SMikroba yang berperan :Bakteri : Thiobacillus (utama), Sulfolobus, Arthrobacter, Bacillus, Flavobacterium, Pseudomonas, Fungi : Streptomyces, Aspergillus, Penicillium, Microsporum. a.Thiobacillus thiooxidans: bakteri khemoautotrof, pada pH 8) pada kondisi aerobik, Mn2+ teroksidasi menjadi Mn4+ yang tidak tersedia karena tidak larut dalam air (terendapkan sebagai manganioksida, MnO2). Jika terjadi kenaikan 1 unit pH maka kelarutan kation Mn2+ akanmenurun sebanyak 100 kali. Pada lingkungan marin endapan MnO2 dikenal sebagai nodul Mn (manganese nodule).Manganese nodule

BIOTRANSFORMASI MnPeran Unsur Mn Mangan berperan dalam mengaktivasi sejumlah enzim dalam proses fotosintesis, metabolisme dan asimilasi N serta sebagai aktivator enzim-enzim (oksidase, peroksidase, dehidrogenase, dekarboksilase dan kinase). Defisiensi Mn pada tanaman menyebabkan: Terganggunya (inaktivasi) proses fotosintesis. Perubahan proses metabolik di dalam tanaman.Gejala defisiensi Mn pada tanaman Cucumber (Cucumis sativus L.)Gejala defisiensi Mn pada tanaman Garden Bean (Phaseolus vulgaris L.)

BIOTRANSFORMASI MnPeranan Mikroba dalam Daur Mn Berbagai bakteri berperan dalam mengkatalis reaksi pengubahan bentuk-bentuk Mn. Corynebacterium sp. mengoksidasi kation Mn2+ menjadi Mn4+ (Mn2O3 dan MnO2).Mn2+ + O2 + H2OMnO2 + 2H+Corynebacterium sp. Bacillus pycocyaneus mereduksi Mn4+ (Mn2O3 dan MnO2) menjadi kation Mn2+ yang mudah larut dan lebih mobil pada suasana anaerob.

Sampai Jumpa dan Selamat Belajar